Impedansmatching: Formel, krets & anvendelser

Hva er impedansetilpasning?

Impedansetilpasning defineres som prosessen med å designe inngangsimpedansen og utgangsimpedansen til en elektrisk last for å minimere signalforskyvning eller maksimere effektoverføringen til lasten.

Et elektrisk kretssystem består av strømkilder som forsterker eller generator og elektrisk last som en lysepute eller overføringslinje har en kildeimpedans. Denne kildeimpedansen er ekvivalent med motstand i serie med reaktivitet.

Ifølge teoremet om maksimal effektoverføring, når motstanden i lasten er lik kilde motstanden og lastens reaktivitet er lik det negative av kilde reaktiviteten, overføres den maksimale effekten fra kilde til last. Det betyr at den maksimale effekten kan overføres hvis lastens impedans er lik den komplekse konjugerte av kildeimpedansen.

I tilfellet DC-krets, tas ikke frekvensen hensyn til. Derfor er betingelsen oppfylt hvis motstanden i lasten er lik motstanden i kilden. I tilfellet AC-krets, avhenger reaktiviteten av frekvens. Derfor, hvis impedansen er tilpasset for én frekvens, vil den kanskje ikke være tilpasset hvis frekvensen endres.

Smith-diagram impedansetilpasning

Smith-diagrammet ble oppfunnet av Philip H Smith og T. Mizuhashi. Det er et grafisk regnekjeks brukt for å løse komplekse problemer med overføringslinjer og matchende kretser. Denne metoden brukes også til å vise atferden til RF-parametre ved en eller flere frekvenser. 

Smith-diagram brukes til å vise parametre som impedanser, admittanser, støyfigur-sirkler, spredningsparametre, refleksjonskoeffisient, mekaniske vibrasjoner osv. Derfor inkluderer de fleste RF-analyseprogrammer et smith-diagram for visning, da det er en av de viktigste metodene for RF-ingeniører.

Det finnes tre typer smith-diagrammer;

• Impedans-Smith-diagram (Z-diagram)

• Admittans-Smith-diagram (Y-diagram)

• Immittans-Smith-diagram (YZ-diagram)

Impedansetilpasningskrets og formel

For en gitt last motstand R, skal vi finne en krets som matcher drevemotstanden R’ ved frekvens ω0. Og vi designer en L-matchingkrets (som vist i figuren nedenfor).

La oss finne admittansen (Yin) av den ovennevnte kretsen.

Anta at, motstanden (R) og spole (L) er i serie. Og denne kombinasjonen er parallell med kondensator (C). Dermed er impedansen,